驱动控制方法及驱动控制电路技术

本发明专利技术提供一种降低不对称半桥反激变换器在输出轻载和空载时的损耗的驱动控制方法和驱动控制电路，其中驱动控制电路，包括驱动控制模块，用于晶体管的驱动控制，晶体管包括主开关管和钳位开关管，还包括轻载检测控制电路，轻载检测控制电路，包括反馈信号控制模块和频率控制模块，反馈信号控制模块检测开关变换器的输出负载，比较开关变换器的输出负载信号是否低于设定的负载点，并将检测值的比较结果输出给频率控制模块；频率控制模块按照比较结果来进行驱动控制模块的工作频率的维持/提高设置；即如不是轻载，则驱动控制模块的工作频率维持不变；如是轻载，则提高驱动控制模块的工作频率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及开关变换器领域，特别涉及不对称半桥反激类开关变换器的驱动控制方法及驱动控制电路。
技术介绍
随着电力电子领域的迅猛发展，开关变换器的应用越来越广泛，特别是人们对高功率密度、高可靠性和小体积的开关变换器提出了更多的要求。一般传统的小功率开关变换器采用反激拓扑实现，其具有结构简单、成本低廉等优点；但是普通反激拓扑是硬开关，而且不能回收漏感能量，因此限制了中小功率变换器的效率和体积。为了满足功率变换器小型化、轻量化、模块化的发展趋势，软开关技术已成为电力电子技术的热点之一。“软开关”是指零电压开关或零电流开关，它是利用谐振原理，使开关变换器的开关管电压(或电流)按正弦(或准正弦)规律变化，当电压过零时，使器件开通(或电流自然过零时，使器件关断)，实现开关损耗为零，从而提高变换器的效率和开关频率，减小变压器、电感的体积。虽然，软开关技术能够实现功率变换器的小型化、模块化等，但是，很多电路如LLC，电路变得非常复杂，使得中小功率的变换器的成本增加，往往不利于商业竞争。而不对称半桥电路在和普通反激电路的器件数量和复杂度比较接近的条件下能够实现两个开关管的零电压开通，回收漏感能量，并且容易实现自驱动同步整流，在有效提升效率的同时减小变压器体积，成为一个比较好的应用方案。目前常规的不对称半桥反激变换器的电路图如图1-1和1-2所示，其中图1-1中上管QH为主开关管，下管QL为钳位开关管；图1-2中上管QH为钳位开关管，下管QL为主开关管，两种电路工作原理基本相同，只是绕组位置不同而已。现以图1-1为例，其稳态的工作波形如图2所示，VgsH和VgsL分别为上管QH和下管QL的驱动电压信号波形；Ic是流过谐振电容Cr的电流波形，同时也是流经原边绕组的电流波形；ILm为流经激磁电感Lm的激磁电流波形，除了虚线部分以外，激磁电流波形和谐振电容的电流波形是一致重合的；VdsH和VdsL分别为上管和下管的漏极到源极的电压信号波形。设主管的驱动信号VgsH的占空比为D，则钳位管的占空比为(1-D)，为避免主管和钳位管共通，需要留有一定的死区时间；工作周期为Ts。为方便对电路中变压器原边绕组的工作过程进行分析，现将变压器的原边绕组等效为漏感Lr和激磁电感Lm两部分来进行说明。在t0时刻，上管QH的驱动电压VgsH为高电平，上管开通，t0-t1时间段内输入端的能量通过上管QH、谐振电容Cr、漏感Lr和激磁电感Lm这一回路给变压器激磁，激磁电流首先从负向线性减小到零以后线性增加，此时原边谐振电容Cr的电流Ic和激磁电流ILm重合，谐振电容Cr、漏感Lr和变压器储存能量，副边整流二极管D因反偏而截止；到t1时刻，上管QH关断；t1-t2时间段内，上管QH处于关断状态，下管QL也还未开启，区此时间段为死时间，在这段死区时间内，因漏感Lr和变压器激磁电感Lm要续流，所以上下开关管的结电容、谐振电容Cr、漏感Lr、激磁电感Lm发生谐振，抽取下管QL的结电容的能量，下管漏极与源极之间的电压VdsL下降，同时给上管QH的结电容充电，上管漏极与源极之间的电压VdsH上升，因激磁电感Lm两端的电压降低，所以虽然激磁电流ILm仍在增加但是幅度很小；t2时刻，上管QH的结电容电压(即上管漏极与源极之间的电压)VdsH达到最高，下管QL的结电容电压被抽到零，此时下管开通，则这样就实现了下管的零电压开通，英文简写为ZVS；t2-t3时间内，副边整流二极管D正向导通，变压器原边储存的能量向副边释放，激磁电流ILm线性下降到零然后负向线性增加，同时，漏感Lr、谐振电容Cr发生谐振，变压器的原边电流按正弦波的轨迹谐振，此时谐振电容Cr中储存的能量通过正激的过程也向副边释放，变压器原边电流转为负向；在t3时刻，下管QL关断，因为漏感电流和激磁电流ILm续流，所以上下开关管的结电容、谐振电容Cr、漏感Lr、激磁电感Lm发生谐振，抽取上管QH的结电容的能量，VdsH电压下降，同时给下管QL的结电容充电，VdsL电压上升，激磁电流ILm因为变压器原边绕组两端的电压降低，所以虽然在负向增加，但是增加的幅度非常小；t4时刻，下管QL的结电容电压VdsL达到最高，上管QH的结电容电压VgsH被抽到零，此时上管开通，这样就实现了上管QH的零电压开通；这样就完成了一个工作周期，接着继续按照同样的工作过程重复工作。这种控制方式因上下开关管的驱动电压信号是互补的，所以变压器激磁电流ILm是一个连续的波形，占空比不随着负载大小的变化而变化，因此在轻载和空载的时候变压器原边峰值电流仍然会很大，谐振回路中的循环能量大，使损耗增加，大大降低轻载效率并增加了空载功耗。本文所述的轻载(或轻负载)是指50%以下的负载，本文所述的空载功耗是指变换器的输出端空载时其输入端的功耗。现有降低开关电源的轻负载损耗以提升轻负载效率、降低空载功耗的控制方法主要分为三种：第一种控制方法为：当变换器工作于较重的负载时，电路以某一固定的频率工作；当检测到变换器低于某一较轻的负载工作时，控制IC进入跳周期(SkipCycle)模式(或称为跳频模式)，使得主开关管一段时间工作，一段时间不工作；这种控制IC如NCP1015和LM5021，可在较轻的负载时跳周期工作。第二种控制方法为：当变换器工作于较重的负载时，电路以某一固定的频率工作；控制IC检测到变换器低于某一较轻的负载工作时，降低电路的工作频率，负载越轻，电路的工作频率也越低；当检测到变换器工作于某一更轻的负载时，控制IC使电路工作于跳周期模式；第三种控制方法为：与第二种控制方法相似，当变换器工作于较重的负载时，电路以某一固定的频率工作；控制IC检测到电路工作于某一较轻负载时，降低开关频率，负载越轻，电路的工作频率越低，而在空载时，开关频率达到最低。现有以上第一种和第二种控制方法的缺点是，一旦变换器工作于跳周期模式(SkipCycleMode)，则当主开关管工作时，输出电压上升；当主开关管不工作时，因变换器传输至输出端的能量降低，致使输出电压降低，这导致输出电压纹波会急剧增大，需要用数量更多的滤波电容来抑制纹波，使得电路体积和成本都会增加。现有以上第二种和第三种控制方式的缺点是，当用于不对称半桥反激变换器时，轻负载和空载的开关频率降低，导致电路的损耗反而增加，致使空载功耗大幅增加，轻负载效率也大幅降低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决上述不对称半桥反激变换器在输出轻负载和空载时损耗大的问题，提供一种降低不对称半桥反激变换器在输出轻负载和空载时的损耗的驱动控制方法，使得电路结构简单，空载时输出电压纹波小，容易实现与实用化。与此相应的，本专利技术还提供一种降低不对称半桥反激变换器在输出轻载和空载时的损耗的驱动控制电路。就产品主题而言，本专利技术提供一种驱动控制电路，适用于开关变换器的驱动控制，包括驱动控制模块，用于晶体管的驱动控制，晶体管包括主开关管和钳位开关管，还包括轻载检测控制电路，轻载检测控制电路，包括反馈信号控制模块和频率控制模块，反馈信号控制模块检测开关变换器的输出负载，比较开关变换器的输出负载信号是否低于设定的负载点，并将检测值的比较结果输出给频率控制模块；频率控制模块按照比较结果来进行驱动控制模块的工作频率的维持/提高设置；即如不是轻载，则本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种驱动控制电路，适用于开关变换器的驱动控制，包括驱动控制模块，用于晶体管的驱动控制，晶体管包括主开关管和/或钳位开关管，其特征在于：还包括轻载检测控制电路，轻载检测控制电路，包括反馈信号控制模块和频率控制模块，反馈信号控制模块检测开关变换器的输出负载，比较开关变换器的输出负载信号是否低于设定的负载点，并将检测值的比较结果输出给频率控制模块；频率控制模块按照比较结果来进行驱动控制模块的工作频率的维持/提高设置；即如不是轻载，则驱动控制模块的工作频率维持不变；如是轻载，则提高驱动控制模块的工作频率。

【技术特征摘要】
1.一种驱动控制电路，适用于开关变换器的驱动控制，包括驱动控制模块，用于晶体管的驱动控制，晶体管包括主开关管和/或钳位开关管，其特征在于：还包括轻载检测控制电路，轻载检测控制电路，包括反馈信号控制模块和频率控制模块，反馈信号控制模块检测开关变换器的输出负载，比较开关变换器的输出负载信号是否低于设定的负载点，并将检测值的比较结果输出给频率控制模块；频率控制模块按照比较结果来进行驱动控制模块的工作频率的维持/提高设置；即如不是轻载，则驱动控制模块的工作频率维持不变；如是轻载，则提高驱动控制模块的工作频率。2.根据权利要求1所述的驱动控制电路，其特征在于：所述驱动控制模块为驱动控制芯片，包括频率调节端，频率调节端通过电阻Rt接地，用以通过电阻Rt设置驱动控制模块的工作频率；所述频率控制模块包括电阻R1和开关S，反馈信号控制模块包括比较器U1，电阻R1与开关S串联连接形成电阻R1支路，电阻R1支路与电阻Rt并联连接，当比较器U1的比较结果是低于设定负载点的轻载状态时，比较器U1控制开关S导通，使电阻Rt与电阻R1并联，用以减小频率调节端的阻值，进而提高驱动控制模块的工作频率。3.根据权利要求1所述的驱动控制电路，其特征在于：所述驱动控制模块为驱动控制芯片，包括频率调节端，频率调节端通过电阻Rt接地，用以通过电阻Rt设置驱动控制模块的工作频率；所述频率控制模块包括电阻R1和开关S，反馈信号控制模块包括比较器U1，电阻R1与开关S串联连接形成电阻R1支路，电阻R1支路与电阻Rt并联连接，当比较器U1的比较结果是低于设定负载点的轻载状态时，比较器U1控制开关S导通，用以在电阻Rt两端并入电阻R1来提高设置的驱动控制模块的工作频率；当比较器U1的比较结果不是轻载状态时，比较器U1控制开关S断开。4.根据权利要求2或3所述的驱动控制电路，其特征在于：所述轻载检测控制电路的开关S为N-MOS管，N-MOS管的栅极与比较器U1的输出端连接，N-MOS管的漏极串联电阻R1，N-MOS管的源极接地。5.根据权利要求2或3所述的驱动控制电路，其特征在于：所述轻载检测控制电路的开关S，为NPN三极管，NPN三极管的基极通过电阻R2与比较器U1的输出端连...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑仁闪，金若愚，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44